骨架密实型二灰稳定碎石路用性能试验研究

　　摘要：本文通过对二灰稳定碎石的路用性能试验，研究了各组成材料以及材料的组成比例对其路用性能的影响情况。试验结果表明，当石灰与粉煤灰的比例一定时，二灰稳定碎石的强度随着结合料(石灰粉煤灰)剂量的增加而增大。当集料含量一定时，二灰稳定碎石的强度随着石灰与粉煤灰比例的增加而增大。

　　关键词：二灰稳定碎石,路用性能,无侧限抗压强度,抗压回弹模量,劈裂强度

　　0引言

　　近年来，因二灰稳定碎石基层具有良好的强度和整体刚度，且价格低廉等优点，被越来越广泛的应用。但是，道路工作者发现在其使用过程中也存在着一些有待解决的问题：①早期强度低，影响交通及早开放;②易产生冲刷唧浆现象，从而造成路面的破坏，影响路面的使用年限;③二灰稳定碎石基层在强度形成及道路的使用过程中，因温度、湿度变化产生收缩并在面层形成反射裂缝或对应裂缝。基于以上不足，本文结合廊坊地区铺筑的二灰稳定碎石半刚性基层沥青路面，研究了二灰稳定碎石基层的路用性能，为解决以上问题奠定了试验基础。

　　1原材料的性质

　　1.1石灰

　　本试验采用石灰为河北易县钙质石灰，检验结果如表1所示。

　　1.2粉煤灰

　　本试验所用粉煤灰为河北霸州电厂生产的硅铝粉煤灰，其检验结果如表2所示。

　　1.3集料

　　本试验使用河北易县卵石集料，规格分别为1～3cm、1～2cm、0.5～1cm、石粉。规范[1]规定对高速公路和一级公路集料含泥量小于1%，压碎值不大于30%。集料压碎值为15.7%，符合规范[1]的要求。

　　2二灰稳定碎石的组成设计

　　2.1集料的组成

　　二灰稳定碎石集料的级配曲线见图1。

　　2.2配合比的选取

　　在确定二灰与集料比例时，应考虑合理的结构组成。现行基层规范[2]推荐的石灰与粉煤灰的比为1：2～1：4，试验中采用石灰与粉煤灰的比例为1：2;1：3。石灰粉煤灰与集料的比为20：80～15：85。试验中采用石灰粉煤灰与级配集料的比例为16：84;15：85;19：81。最终确定4种二灰稳定碎石配合比进行对比试验，如表3所示。

　　3二灰稳定碎石的路用性能试验研究

　　3.1无侧限抗压强度试验

　　根据规范[2]要求，按压实度D=98%制作直径乘以高为150mm×150mm的圆柱形试件，在标准养生室内养护7d、14d、28d、42d、60d、90d并在最后一天浸水养护，然后在标准强度试验机上测其无侧限抗压强度。不同配合比二灰稳定碎石无侧限抗压强度试验结果如表4所示。

　　由表4可知：在7d龄期时，配合比为5:14:81二灰稳定碎石的抗压强度值最大，达2.3Mpa，配合比为5:10:85的抗压强度最低，仅为2.1Mpa。在14～42d龄期时，配合比为4:12:84二灰稳定碎石的抗压强度为最大值，配合比为5:10:85的抗压强度为最低值。在60d、90d龄期时，二灰稳定碎石的抗压强度最大值分别为7.0Mpa(配合比为6:13:81)，8.0Mpa(配合比为5:14:81)。以上分析可知，在早期，二灰比为1:3的二灰稳定碎石的抗压强度值较高;在后期，结合料(石灰+粉煤灰)剂量大的二灰稳定碎石的抗压强度值较高。

　　不同配合比二灰稳定碎石抗压强度随龄期的增长规律如图2所示。

　　从图2中可以看出，不同配合比二灰稳定碎石的抗压强度均随着龄期的增长而逐渐增大，但抗压强度随龄期增长的幅度有所差异。在早期(7-14d)，抗压强度增长较小;中期(14-42d)，强度增长幅度很大;后期(42d-)，其增长率几乎保持不变。所以，二灰稳定碎石抗压强度随龄期增长而增长，且早期强度增幅较小，然后逐渐增大，之后又开始变缓，呈现出慢、快、慢的变化规律。

　　不同配合比的二灰稳定碎石的抗压强度回归分析参数变化规律如表5所示。

　　由表5数据分析可知，随着二灰比的增加，其抗压强度的增长率分别为：2.121、2.205。从增长率可以看出二灰比为1:3时二灰稳定碎石的强度增长率最大，其值A=2.205，这与前面分析的试验结果一致。拟合的对数曲线与二灰稳定碎石抗压强度随龄期的增长曲线表现出显著的相关性，其相关系数R2=0.987，这充分说明了拟合的对数曲线与其强度增长规律是相一致的。

　　3.2抗压回弹模量试验

　　按照规程[3]要求，压实度D=98%制作直径乘以高为150mm×150mm的圆柱形试件，在标准养生室内养护7d、14d、28d、42d、60d、90d并在最后一天浸水养护，采用顶面法测其抗压回弹模量，不同配合比二灰稳定碎石抗压回弹模量试验结果如表6所示。

　　从表6和图3可以看出，二灰稳定碎石抗压回弹模量的增长规律与其抗压强度的增长规律极为相似。二灰稳定碎石的抗压回弹模量也是随着龄期的增长而增大，随着二灰比的增加而增加。且7-28d龄期的增长速率大于28d龄期以后的增长速率，即早期增长很快，后期增长相对较慢。在42d龄期以前，配合比15:85的抗压回弹模量小于配合比20:80的抗压回弹模量值;配合比1:2的抗压回弹模量小于1:3的抗压回弹模量值。由于早期在强度是构成中，骨料的嵌锁作用占的比重大，结合料占的比重小，结合料形成的水硬性结晶凝胶物质发挥的作用就相对较小。所以会出现配合比15:85的28d的模量值较小，但是随着龄期的增长，结合料反应的进行，其模量值反而会增大。

　　不同配合比二灰稳定碎石抗压回弹模量随龄期的对数回归分析参数见表7。

　　由表7数据分析可知，随着二灰比例、结合料(石灰粉煤灰)剂量的增加，其抗压回弹模量的增长率分别为813.8、683.8。从增长率明显可以看出二灰比例为1:3时二灰稳定碎石的抗压回弹模量增长率最大，其值A=823.1。抗压回弹模量与抗压强度一样都容易受二灰比例、结合料(石灰粉煤灰)剂量的影响，这与前面分析的试验结果相一致。拟合的对数曲线与抗压回弹模量随龄期的增长曲线表现出显著的相关性，其相关性系数R2=0.993。这充分说明了拟合的对数曲线与其模量增长规律是相一致的。

　　3.3劈裂强度试验

　　根据规范[2]要求，按压实度D=98%制作直径乘以高为150mm×150mm的圆柱形试件，在标准养生室内养护7d、14d、28d、42d、60d、90d并在最后一天浸水养护，然后在标准强度试验机上测其劈裂强度(无压条劈裂试验)。不同配合比二灰稳定碎石劈裂强度试验结果如表8所示。

　　从表8和图4中可以看出，劈裂强度的增长规律与其抗压强度的变化规律基本相似。劈裂强度随着二灰比、结合料(石灰+粉煤灰)剂量剂量的增加而增加，随着龄期的增长而增长;且早期增长速度快，后期增长速度相对较慢。二灰稳定碎石劈裂强度不仅随着龄期的增长而不断增长，而且28d以前增长速度相当快，28d以后增长速率有所降低，但是到90d龄期时还能保持较好的强度增长势头。在龄期28d时，二灰比为1：3的劈裂强度均明显高于二灰比为1：2的劈裂强度。这说明了当结合料与集料的比例一定时，二灰稳定碎石的劈裂强度随着二灰比例的减小而增大。

　　分析表明，不同配合比二灰稳定碎石各龄期的劈裂强度，远低于同龄期的抗压强度值。其原因在于劈裂破坏与无侧限抗压破坏有着本质的区别，前者表现为基体材料间和基体材料与集料之间接触面的破坏，后者表现为混合料整体间的错动性破坏，因此两者的破坏机理在本质上是不同的，两种强度的主要贡献者也是不同的。劈裂强度主要来源于基体材料之间的粘结作用，然后是集料与基体材料间的粘结作用，而骨料间的嵌挤作用影响最弱。因此，混合料中必须具有足够的粘结性材料，使之充实于粗集料间，在成型过程中使混合料达到较高的压实度，而粘结性的发挥来源于石灰与粉煤灰以及集料中的细集料的充分接触。再者，混合料中的集料对粘结性基体来说，它破坏了基体的整体性，对混合料的劈裂强度很不利，集料越粗这种负面影响就越明显。所以，在同等条件下集料偏细或者结合料含量偏大，混合料在宏观上表现出良好的劈裂强度。

　　不同配合比二灰稳定碎石劈裂强度用对数曲线进行拟合，拟合的对数曲线回归参数如表9所示。

　　由表9数据分析可知，随着二灰比例的增加，其劈裂强度的增长率分别为0.164、0.229。从增长率明显可以看出二灰比例为1:3时二灰稳定碎石的劈裂强度增长率最大，其值A=0.252。与抗压强度相比，劈裂强度更容易受二灰比、结合料剂量的影响，这与前面分析的试验结果相一致。拟合的对数曲线与劈裂强度随龄期的增长曲线表现出显著的相关性，其相关性系数R2=0.986，这充分说明了拟合的对数曲线与其强度增长规律是相一致的。

　　4结论

　　由以上分析可知，

　　(1)当二灰比例相同，而石灰粉煤灰与集料的比例不同时，石灰粉煤灰含量大的其抗压强度大，即当石灰与粉煤灰的比例一定时，二灰稳定碎石的强度随着结合料(石灰粉煤灰)剂量的增加而增大。

　　(2)当石灰粉煤灰与集料含量相同，而石灰与粉煤灰的比例不同时，二灰比大的其抗压强度大。即当集料含量一定时，二灰稳定碎石的强度随着石灰与粉煤灰比例的增加而增大。

　　(3)二灰稳定碎石的抗压回弹模量、劈裂强度与抗压强度一样都容易受二灰比例、结合料(石灰粉煤灰)剂量的影响。

　　(4)对二灰稳定碎石抗压强度、抗压回弹模量以及劈裂强度拟合的对数曲线均表现出显著的相关性，这充分说明了拟合的对数曲线与其路用性能的增长规律是相一致的。

　　参考文献

　　[1]公路沥青路面设计规范(JTGD50-2006)[S].北京：人民交通出版社，2006

　　[2]公路路面基层施工技术规范(JTJ 034-2000) [S].北京：人民交通出版社，2000

　　[3]公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009) [S].北京：人民交通出版社，2009

　　[4]公路沥青路面施工技术规范(TGF40-2004) [S].北京：人民交通出版社，2005

　　[5]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京：人民交通出版社，1999

　　[6]沙爱民.半刚性路面材料结构与性能[M].北京：人民交通出版社，1997

　　[7]魏连雨，葛景锋等.季节性环境温度下二灰碎石基层强度增长规律研究[J],中外公路，2012(1)：80-83

　　[8]葛景锋.标准与非标准条件下半刚性基层材料路用性能对比试验研究[D].河北工业大学，2011.12

　　[9]程新春等.半刚性基层二灰稳定碎石结构应用研究[J].公路与汽运， 2004，(6)： 92-93

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 骨架密实型二灰稳定碎石路用性能试验研究

文章地址： http://www.qikanvip.com/jianzhugongcheng/6339.html